反馈放大电路及应用课件.ppt

1、集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ第三篇第三篇 模拟电路和系统模拟电路和系统第三章第三章 反馈放大电路及应用反馈放大电路及应用集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ3.3.1 反馈的基本概念与分类v反馈放大器结构框图闭环系统开环系统集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ反馈网络检测出输出电压的一部分或是输出电流的一部分取样电压或电流送回到放大器的输入回路，与输入信号进行比较求和集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ电压取样电压反馈电压反馈 取样电路的二种型式 电流取样电流反馈电流反馈 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ电压比较求和串联反馈串联反馈

2、 比较求和的二种型式 电流比较求和并联反馈并联反馈 fVVVsifIIIsi集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ按反馈的极性分v反馈放大器的分类反馈放大器的分类按反馈通路分 若输入反馈后，使净输入增加，则为正反馈 仅在直流通路中存在的反馈称为直流反馈 若输入反馈后，使净输入减小，则为负反馈 仅在交流通路中存在的反馈称为交流反馈集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ 按反馈信号在输入回路中叠加的方式分按反馈信号对输出回路的取样对象分v反馈放大器的分类反馈放大器的分类 若按电流比较求和，则为并联反馈若反馈量正比于输出电压时为电压反馈 若按电压比较求和，则为串联反馈若反馈量正比于输

3、出电流时为电流反馈集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ【例【例3.3.1】判别反馈的类型(或组态)交流电压串联负反馈fofRRRVV11fofRVI电压并联负反馈瞬时极性法判断正负反馈正负反馈判别集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQA和Rf1构成单级电压串联负反馈。第二级反馈由A1、A2和Rf2构成，输出电压经反馈电阻Rf2把反馈电压引回至A1输入端，形成电压并联负反馈电压并联负反馈。【例【例3.3.1】判别反馈的类型(或组态)集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ分析图示电路的反馈类型(或组态)。电流串联负反馈1212.RRRRRIVfoffofRRRII22.【

4、例【例3.3.2】电流并联负反馈集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ例例3.3.3(a)分立元件组成反馈放大电路组态fofRRRVV22.(a)电压串联负反馈 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ【例【例3.3.3(b)】(b)电压并联负反馈fofobfRVRVVI.1.反馈组态判别集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv电压负反馈的作用输入信号不变时，设RL减小，则电压负反馈的调节过程|Vo|RL负反馈调节。|Vo|。|I f|Iid|。电压负反馈的作用是稳定输出电压；集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv电流负反馈的作用电流负反馈的作用是稳定输出电流

5、因Ro RL负反馈调节|Io|。|Vo|。|Vf|。|Vo|。|Vid|。|Io|。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ 电压反馈还是电流反馈v分析反馈放大器的几条规律：分析反馈放大器的几条规律：串联反馈还是并联反馈取决于反馈量对输出量的取样，即Xf与输出电压是输出电流成正比。将输出端对地短路如Xf=0，则为电压反馈；如Xf 0则为电流反馈。取决于反馈网络与输入信号的连接方式。如果反馈量与输入量均为电压则它们是串联比较求和，串联反馈；如果反馈量与输入量均为电流，并联比较求和，并联反馈正反馈和负反馈(一般指在中频段)可采用瞬时极性法。如果引入反馈后使净输入信号减小，则为负反馈；如果净输

6、入增加，则为正反馈。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ3.3.2 负反馈放大电路的方框图表示及增益函数负反馈放大电路的方框图表示及增益函数v负反馈放大电路的方框图A:开环放大器的增益，F:反馈网络的反馈系数集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ反 馈 组 态开 环 增 益物 理 意 义反 馈 系 数物 理 意 义电 压 串 联电 压 增 益电 压 传 输 比电 压 并 联互 阻 增 益互 导 传 输 比电 流 串 联互 导 增 益互 阻 传 输 比电 流 并 联电 流 增 益电 流 传 输 比iovVVAiorIVAiogVIAioiIIAofvVVFofgVIFofrIV

7、FofiIIFv不同组态下增益和反馈系数的定义集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv负反馈放大电路的增益函数FAAXAFXXAXXAiiisof1 是 回路(或环路)增益.FA|1|.FA 称为反馈深度集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ|1|11fAAFAAAF v增益函数与反馈类型负反馈深度负反馈FAFAf11|1|正反馈自激振荡111|1|FAAAFAffAFA0|1|集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ3.3.3 负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响v提高闭环增益的稳定性AFAAf1放大器引入了负反馈后，增益的相对变化量dAf/Af是无反馈时的

8、1/(1+AF)。AFAdAAdAff11集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv改善放大电路的非线性假设基本放大器的正半周略大于负半周，则经负反馈后，反馈信号正半周也大，使净输入信号正半周略小，从而弥补基本放大器的失真。改善非线性集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv抑制放大电路内部的温漂，噪声及干扰 引入负反馈后，干扰和噪声都减小为原来的1/(1+AF)。为了弥补有用信号，应加大Xs。负反馈对输入信号中的噪声不起作用。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv扩展通频带HfmfHmmmHmHmHHHfffjAfFAfjFAAffjFAffjAFAAA1)1(1111

9、11.闭环时中频增益Amf=Am/(1+AmF)，闭环时上限频率fHf=(1+AmF)fH。闭环时下限频率为开环时的1/(1+AmF)。1.HmHffjAALLmLffjffjAA1.集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ增益带宽积近似为一常数：BWABWAmfmfv扩展通频带集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ电压负反馈的结果是稳定输出电压，相当于输出电阻减小v负反馈对输出电阻的影响电流负反馈的结果是稳定输出电流，相当于输出电阻增大引入电压负反馈后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的1/(1+AF)。深度电压负反馈 Rof0（从取样点看进去从取样点看进去）引入电流负反馈

10、后，闭环输出电阻Rof为开环输出电阻Ro的(1+AF)倍。深度电流负反馈 Rof（从取样点看进去从取样点看进去）集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv负反馈对输入电阻的影响 并联负反馈后的输入电阻是减小:Rif=Ri/(1+AF)。串联负反馈后的输入电阻是增大:Rif=(1+AF)Ri。在深度负反馈条件下 Rif 0(从求和点看进去从求和点看进去)在深度负反馈条件下 Rif (从求和点看进去从求和点看进去)集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ3.3.4 负反馈放大电路的计算负反馈放大电路的计算FFAAXXAsof11siifXXFAXFAX)1(深度负反馈：1|1|FA净输

11、入：0fsiXXX“虚短”（串联负反馈）0iiVX“虚断”（并联负反馈）0iiIX集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的反相比例运算电路电压并联负反馈 12/RviiRivSSFFOSOvRRv120/0/1ofSSifSIdifRRivRivR集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的同相比例运算电路SOFvvRRRv211SOvRRv121121RRvvASOf01AFRRoofifRR1开路时，vO=vS，又称电压跟随器。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的差分比例运算电路112SOvRRv221212)1(SOvRR

12、RRRv221212112)1(SSOOOvRRRRRvRRvvv当 ，时，11RR 22RR)(1212SSOvvRRv集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的反相求和运算电路2133.122111RvRvRvRvOSSS3.13221221112SSSOvRRvRRvRRv集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的同相求和运算电路13312211113121111312111312)/(./RvRvRvRRRvRRRRRvSSSSP1331221111312111212)/)(1()1(RvRvRvRRRRRvRRvSSSNO集成电子技术基础教程集

13、成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的差分求和运算电路OSSNvRRRRRvRRRRRvRRRRRv21521251251152152/44333434SSPvRRRvRRRv)(/1(44333434215225115SSSSONPvRRRvRRRRRRvRRvRRvvv集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的积分运算电路dtdvCRvOS设vC(0)=0tSOdtvRCv 0 1阶跃输入：tRCVvSO集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的微分运算电路dtdvCiiSCRdtdvRCRivSRO集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv

14、集成运放构成的对数运算电路TDTDVvSVvSDeIeIi)1(TDVvSDSReIiRviSSTDODRIRvVvviiln集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的指数运算电路TSVvSDROeRIRiRiv/集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的V/I变换电路RivSO与负载RL无关。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的I/V变换电路SOvRi1与负载RL无关。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv集成运放构成的I/V变换电路 负载接地 211212RRRvRRRvvOSNLLOLOOPRRRRRvRivv/

15、434LLSORRRRRRRvRRi1243312SOvRi41当R2/R1R3/R4时，与负载RL无关。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv分立元件构成的深度负反馈放大电路 假设电路满足深度反馈的条件，计算Avf、Rif和Rof。【例【例3.3.4】集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ考虑交流通路，找出反馈信号和净输入信号feeofiRRRVVV1111efiovfRRVVA1biifIVR1biiifRIVR0ofR0/2ofcofRRR集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ 差放输入级构成的多级负反馈放大器如图所示（交流通路），假设电路能满足深度负反馈的条件

16、，试分析计算 闭环放大倍数 。【例【例3.3.5】电压并联负反馈fofSSRVIRVI11RRAfvf解解：集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv应用PSPICE分析实际运算电路的误差近似计算可得Avf=-R2/R1=-2以反相比例运算电路为例集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQPSPICE仿真结果：|Avf|1.99994集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ3.3.5 负反馈放大电路的自激问题负反馈放大电路的自激问题负反馈放大器在没有输入信号(vi=0)时，放大电路也有幅度饱和的输出正弦波(vo0)。自激振荡定义自激振荡一般在某一频率上发生自激振荡产生原因放大器

17、有相移，某频率处的相移若正好为180度加上原来的负反馈180度，变成正反馈自激振荡分析方法观察闭环放大倍数和频率的关系集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv自激振荡的条件结论：结论：1FA)12()0|lg20(1|nFAFAFAAF或幅值平衡条件相位平衡条件起振条件1|FA0|1|FAFAAAf1|集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv例，设某放大器)101(1)101(1)1(1012115.pppvffjffjffjA自激振荡的BODE图分析自激BODE分析集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv负反馈放大器稳定判据负反馈放大电路稳定工作(不产生自激振荡)的条

18、件(即稳定判据)是：当 时，；或当 时，1。1|FA180|FA180FA|FA通常利用环路增益 的波特图来判别负反馈放大电路是否会产生自激振荡。FA集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ在相位条件满足时观察幅度条件：幅度条件满足观察相位条件：o180FA1)|FA(|0|lg20FA产生自激振荡 ff当 时，o180|FA1)|FA(|0|lg20FA产生自激振荡Gff 当 时，集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ 增益裕度 Gm)(|lg20dBFAGffm 相位裕度 m 当电路的附加相移满足相位平衡条件时，对应的环路增益即为增益裕度Gm。|)(|180oGmf环路增益为

19、1时所对应的频率为fG,相位裕度为工程上要求Gm-10dB，m 45。负反馈放大器稳定判据稳定裕度 集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ【例【例3.3.6】负反馈放大电路的其开环幅频和相频特性曲线如图所示。设反馈网络由纯电阻构成，试分析为防止产生自激振荡，反馈增益必须小于多少?F应小于0.001集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQv消除自激振荡的方法相位补偿法（频率补偿法）在反馈放大电路的适当部分加入RC网络，改变环路增益的频率响应，使得反馈放大电路在增益裕度和相位裕度满足要求的前提下，能获得较大的环路增益。集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ消除自激振荡的方法电

20、容滞后补偿通常将电容接在时间常数最大的回路中补偿后通频带变窄，又称窄带补偿电容补偿集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ消除自激振荡的方法 RC滞后补偿通常将RC网络接在时间常数最大的回路中补偿后的频带比电容补偿时损失小一些集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ消除自激振荡的方法密勒效应补偿将补偿电容或RC补偿网络跨接在电路中利用密勒效应达到增大电容的作用，减小补偿电容集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程CJQ判别反馈的方法判别反馈的方法有无反馈:直流或交流通路中输入和输出之间有无通路正负反馈:瞬时极性法,源与反馈是否使净输入变小电压电流反馈:反正法,当V0=0时,有无信号返回并联或串联反馈:反馈信号与源信号是否交在一点